Лабораторно захранване - дискусия

[Evtim Djerekarov]

Правя последен пост на тема 0.5-омовия резистор - не искам да звуча, все едно пиша уроци по електротехника, но искам да съм сигурен, че сме се разбрали. Надявам се, че и тези постове са от полза за темата.

Нека вземем следните примери.

 

През един 1-омов резистор тече:

а) 1А постоянен ток.

б) 10А импулсен ток, с коефициент на запълване 10%.

 

И в двата случая, средния ток за по-дълъг период от време е 1А.

Обаче, в първия случай RMS стойността на тока е 1А, а във втория - 3.162А.

Понеже мощноста, разсейвана от съптотивлението, расте с квадрата на тока през него, то при

1A RMS ще имаме 1W, докато при 3.162A RMS - 10W - десетократно по-голяма разсейвана мощност!

 

Ако от един идеален генератор на ток като от подточка б), зареждаме един кондензатор през 10-омов резистор, а от кондензатора към земя имаме друг 10-омов резистор за товар, то средният ток и през двата резистора ще е 1А, но RMS стойността през първият, ще е 3.162А, докато през вторият - 1А. В резултат на това, единият резистор ще разсейва 100W, а другият - 10.

 

 

Затова се опасявам в по-горните постове, за КПД и големите зарядни токове.

 

Примерно, в дясната снимка на първия ред от последния ти пост, триъгълно-изглеждащите пикове на тока, имат средна височина около 2.1 деления, което е около 8.92А. Ако приемем, че цялата ширина на пика (долната страна на триъгълника) е 1.8ms, а периодът е 10ms, то съпротивлението ще разсейва към 5W!(не знам, какво съпротивление ползваш).

 

А при 15А пик, примерно, особено при по-широки импулси? Всъщност, стрелям малко на посоки, но е добре, да се предвидят (ако вече не са) тия неща, особено при гранични режими.

Редактирано Януари 16, 2015 от Evtim Djerekarov

[g_vayov]

Импулс с амплитуда 10 ампера и коефициент на запълване 10% има ефективна или RMS стойност 1 ампер.

 

Разсейваната мощност е равна на:

Pavg = Irms^2 * R

Pavg = Urms^2 / R

Pavg = Irms * Urms

 

Вече казах че резистора не е подходящ за финалния вариант. За сегашните тестове става. Преди да започна с големите токове, ще го мисля. Сега не ми се занимава с него.

 

Видимо е триъгълник с основа 2,5 ms и амплитуда 8 A. Площа му е S = (a*b)/2 Можем да приемем че е равностоен на правоъгълен импулс с амплитуда 4 A и продължителност 2,5 ms. Полупериода е 10 ms, следователно коефициента на запълване е 2,5/10=0,25

От това следва че ефективната стойност за тока е 4 * 0,25 = 1 RMS

Pavg = Irms^2 * R = 1*1 * 0,47 = 0,47 W

Редактирано Януари 16, 2015 от g_vayov

[Evtim Djerekarov]

Специално за правоъгълна вълна, с някакъв коефициент на запълване D (от 0 до 1) и "амплитудна" стойност Von, RMS стойността се изчислява като Von * sqrt(D)

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square

 

Обърни внимание също така на един любопитен факт -  във втория пример горе (с идеалният генератор на ток, двата резистора и кондензатора), можеш да черпиш максимум 1А RMS от кондензатора, без значение какво товарно съпротивление (на мястото на "втория" 10-омов резистор) имаш. Ако той е 10-омов, както в примера, КПД е 10%. Ако е 1 ом - 1%. Чак при 100 ома имаме КПД 50%.

(Това е, при идеален генератор на ток и идеален кондензатор с голям капацитет). 

 

На пръв поглед, тези неща са доста противоположни на интуитивните. И аз случайно се зарових в тоя въпрос.

Редактирано Януари 16, 2015 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Видимо е триъгълник с основа 2,5 ms и амплитуда 8 A. Площа му е S = (a*b)/2 Можем да приемем че е равностоен на правоъгълен импулс с амплитуда 4 A и продължителност 2,5 ms. Полупериода е 10 ms, следователно коефициента на запълване е 2,5/10=0,25

От това следва че ефективната стойност за тока е 4 * 0,25 = 1 RMS

Pavg = Irms^2 * R = 1*1 * 0,47 = 0,47 W

 

 

Формулата за изчисляване на RMS стойност на сигнали с такава форма е RMS = Ipeak * sqrt(D/3)

 

http://bbs.dianyuan.com/bbs/u/39/1141871556.pdf

 

В посоченият от теб случай (8А, 0.47R, 2.5ms, 10ms), това ще рече 2.5W.

 

Всъщност, въпросът не е толкова маловажен, и не касае само въпросното съпротивление. Може да се окаже, че дори ESR на филтровите кондензатори може да разсее значителна мощност и да намали живота им, ако тези неща не се имат предвид.

 

По принцип, не е случайно това, че повечето импулсни захранвания комутират относително малки токове с голяма честота в силовата си част. Комутирането на значителни токове с ниска честота, е по принцип по-лошо решение. Затова си мисля, че ако е възможно пререгулаторът да се направи така, че все пак да се отпушва на всеки полупериод, това би било хубави, поради ред причини.

Редактирано Януари 16, 2015 от Evtim Djerekarov

[g_vayov]

С този корен квадратен ме върна в първи клас, честно...

[Evtim Djerekarov]

Нищо де, на всеки се случва да не съобрази нещо. Ако се върнем на първия пример с подточките, е съвсем очаквано:

Докато през резистора(1R) тече ток 10А, имаме пад на напрежение 10V, или моментна мощност 100W.

Тъй като това се случва в 10% от времето, усреднената мощност за целия период е 10W.

[g_vayov]

Е добре, но все пак средния ток е 1 ампер

 

Светна ми вече. Аз съм изчислил средните стойности но дори и за прости сигнали, нямат нищо общо с RMS стойностите. Средната мощност може да се изчисли само с RMS стойности.

 

Набор формулки за изчисление на средни и RMS стойности > http://meettechniek.info/compendium/average-effective.html

[g_vayov]

На борба за високо КПД

Средно изходно напрежение на пре-регулатора Uavg 6,65 V. Товар в изхода 7,5 ома.

Канал 1: ток през R1, мащаб 3,33 A/cm

Канал 2: напрежение върху R1, мащаб 2 V/cm

 

Картинка 1

R1 = 0,47 ома (последователно е включен резистор 0,15 ома за измерване на тока)

 

Ipk1 = 8,991 A

Ipk2 = 8,325 A

Timp = 1,8 ms

Irms1 = 2,202

Irms2 =2,039

Среден Irms = 2,1205 A

Pavg = 2,113 W

 

Картинка 2

R1 = дросел 380 uH (последователно е включен резистор 0,15 ома за измерване на тока)

 

Ipk1 = 8,325 A

Ipk2 = 6,66 A

Timp = 2,4 ms

Irms1 = 2,355

Irms2 =1,884

Среден Irms = 2,1195 A

Pavg = напрежението и тока са дефазирани на 90 градуса, активната мощност клони към нула

 

Много интересни проблеми изкачат когато трябва да се направи тиристорен стабилизатор с фазово управление с толкова широк изходен диапазон, от 6 до 66 волта... Доволен съм

Ключов момент се оказва формирането на трионообразното напрежение. Времената на фронтовете са синхронизирани освен с входното (каквато е обичайната практика) но и с изходното напрежение.

Редактирано Януари 21, 2015 от g_vayov

[Evtim Djerekarov]

Резултатите са много интересни! Обичайната схема ли ползваш, или сте обсъждали някакви значителни модификации?

[g_vayov]

Използвам схемата от страница 4 (линка за пре-регулаторите) като основа с някои промени. Променени стойности на делители, въведен диференциален усилвател за да следя и потдържам разлика в потенциалите между изхода на пре-регулатора и същинския регулатор.

При претоварване излизаше от синхрон защото имаше възможност за подаване на отпушващ импулс когато напрежението на катодите е по-високо от анодното. Това го реших чрез промяна на начина по който се определя началото и края на "триона".

Все още ме мъчи един проблем с поведението на схемата при прехода: товар - празен ход - товар... В полупериода след отпадане на товара C1 се зарежда да по-високо напрежение, изхода на интегратора се изкачва високо над "триона" и при последващо натоварване закъснява да влезе в регулация. Изходното напрежение пропада за момент. Може би по-малка времеконстанта на интегратора или несиметрична такава...

Редактирано Януари 22, 2015 от g_vayov

[Evtim Djerekarov]

Малко да изровя прашасалата темичка .

 

От известно време искам да си направя лабораторно захранване с малко повечко възможности (примерно 4 отделни "канала", два за положителни напрежения и два за отрицателни).

Като за начало нещо не много мощно - около 10-15 вата на канал, при изходни напрежения от порядъка на до около +- 30 волта. Със индивидуална индикация за напрежението и тока на всеки канал (и евентуално индикатор за претоварване, може би възможност за ръчно задаване на гранична стойност на тока). Такова захранване би било доста подходящо за всякаква прототипна работа, като изключим може би аудио усилватели, по-мощни от 10-15 вата.

 

Понеже помня, че в тази тема надълго и нашироко обсъждахме тиристорни пре-регулатори, на мен ми идва идея, да реализирам импулсно решение (заради широката достъпност на 15-ватови трансформаторчета от развалени ATX захранвания, които вече ползвам в доста LED DIY проекти за осветление, а също и поради по-ниското тегло, по-евтините компоненти и като цяло, някак по-съвременното решение).

 

Като бърза скица, за да покажа какво имам предвид, наредих тази принципна схема (която е непълна и може би донякъде невярна).

В случая е нарисувана двутранзисторна самоосцилираща схема, каквато ATX захранванията ползват за standby, но може да е конвертор с интегрална схема (forward, flyback, half-bridge, resonant...), в зависимост от нужната мощност. На схемата не е нарисувана защита по ток, но може да се реализира такава (а може и по мощност). Идеята е, че ОУ (който е захранван от малък помощен източник) активира обратната връзка през оптрона, когато напрежението в горната част на ценеровия диод D3 (входното напрежение на линейния регултор), стане по-високо от напрежението на ADJ пина с около ценеровото напрежение. Така, в случая импулсната част на схемата ще поддържа около 6.9 волта разлика между входа и изхода на линейния регулатор, ограничавайки разсейваната мощност на последния.

 

 

Как мислите, удачно ли е подобно решение и какви рискове би могло да крие?

[Evtim Djerekarov]

Друг вариант, който ми хрумва, е да се изпълни едно общо двуполярно импулсно захранване с изходно напрежение от сорта на 40-60 волта и мощност 200-300 вата, от което вече да си има мощни step-down и маломощни помощни конвертори за всеки канал (може и step-up, ако искаме канал за високи напрежения).

 

Ето например тази схема, на която попаднах, ми се вижда доста подходяща за основно захранване, с уговорката, че човек трябва внимателно да си навие импулсен трансформатор за нея:

 

http://www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=479

[g_vayov]

Импулсните не са ми сила така че не мога да дам кой знае какъв акъл.

За 15 вата на канал мисля че няма смисъл да се използва пре-регулатор или други усложнения. Може само с линейно стабилизиране. В най лошия случай ще разсейваме под 20 вата в регулиращия транзистор.

Вариант 2.

Трансформаторно захранване > "buck step down converter" > прецизен линеен стабилизатор > товар

Общо взето, по-сложната част е тази преди товара.

[dzwer]

http://320volt.com/en/akim-voltaj-ayarli-atx-smps-guc-kaynagi-modifiye/

Схемата: http://320volt.com/wp-content/uploads/2010/10/tl494-modiye-atx-smps-devre-semasi.jpg

Нещо което аз бих пробвал да си направя.

Ако има нужда от по-високи изисквания за пулсации - след импулсното се връзва аналогов читав стабилизатор.

Може със стерео потенциометър да се движат заедно, с предварителна зададена разлика например 3-4 волта, изхода на импулсното и изхода на аналоговото.

Редактирано Февруари 11, 2016 от dzwer